大流动性再生粗集料混凝土配合比设计方法.pdf

第 1 9 卷第 2期 2 0 1 6年 4月 建筑材料学报 J 0URNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS Vo 1 1 9， No 2 Ap r ， 2 0 16 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 3 6 4 0 5 大流动性再 生粗集料混凝 土配合 比设计 方法 侯永利 ， 郑 刚 ， 梁 青。 ( 1 天津大学 建筑工程学院 ， 天津 3 0 0 0 7 2 ；2 内蒙古工业大学 土木工程学院，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 5 1 ； 3 内蒙古蒙建建筑安装工程有限责任公司 ，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 0 ) 摘要 ：采用相 同砂 浆体 积 ( E MV) 方 法配制 再 生 粗 集料 混凝 土 ， 可 节省 水 泥及 细集 料 的 用 量 ， 其 强 度及 弹性 模量 与对 比天 然集料 混 凝 土 ( NAC ) 相 近 ， 但 由 于新 拌 砂 浆含 量 小 而使 其 流 动性 能 变差 给 出了 E MV 方 法 的改进 方法及 具体设 计 步骤 ， 并应 用该 改进 方 法 配制 2种 不 同来 源再 生粗 集料 的 大流动 性再 生粗 集料 混凝 土 ( F R AC ) ， 测 定其 坍 落度 、 干湿表 观 密度 、 立方体 抗 压 强度 、 轴心 抗压 强度、 劈裂抗拉 强度 以及 弹性模量 结果表明： 采 用改进 E MV 方法可配制 出满足 和易性要 求的 F RAC， 而且与 传统 方法 配制 的 F R AC相 比 ， 其各 项性 能指 标更接 近 对 比 NAC 关 键词 ：再 生粗 集料 混凝 土 ；大 流动性 ；配合 比 ；强度 ；弹性模 量 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 O 1 6 0 2 0 2 6 De s i g n o f M i x Pr o p o r t i o n f o r Hi g h Fl o wi n g Re c y c l e d Co a r s e Ag g r e g a t e Co n c r e t e HOU Y o n gl i ，ZHENG Ga n g ， LI ANG Qi n g。 ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g ，Ti a n j i n Un i v e r s i t y ，Ti a n j i n 3 0 0 0 7 2 ，Ch i n a ； 2 Co l l e g e o f Ci v i l En gi ne e r i ng，I nne r M o ng ol i a Uni ve r s i t y of Te c hn ol og y，Hoh ho t 01 0 051，Chi n a 3 I n n e r Mo n g o l i a Me n g j i a n Co n s t r u c t i o n I n s t a l l a t i o n C o ，Lt d ，Ho h h o t 0 1 0 0 2 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Re c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e wa s p r e p a r e d b y u s i n g e q u a l mo r t a r v o l u me ( EM V) me t h o d Th e a dv a nt a g e o f t he me t ho d l i e s i n f a c t t h a t t h e c e m e nt a nd f i ne a gg r e g a t e c a n d e s a v e d，ke e pi ng t he s t r e ng t h a n d e l a s t i c mo d u l u s a p p r o x i ma t e l y e q u a l t o t h o s e o f t h e c o n c r e t e o f n a t u r a l a g g r e g a t e Ho we v e r ，t h e s l u mp r e duc e d du e t o t h e l o we r ne w m o r t a r v ol u m e The i mpr o ve d EM V m e t ho d a nd t he d e t a i l e d s t e ps of d e s i g n we r e p r op os e d U s i n g t h e i mp r o v e d me t h od， t wo ki n ds o f hi g h f l owi ng r e c yc l e d a g gr e g a t e c o n c r e t e ( FRAC) we r e p r e p a r e d wi t h r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e o b t a i n e d f r o m t wo d i f f e r e n t o r i g i n s r e s p e c t i v e l y Fo r e a c h c a s e， t he i nd i c a t o r s s u c h a s s l ump，f r e s h a nd ha r d e ne d de ns i t i e s， c o m p r e s s i ve s t r e ng t h，a xi a l c ompr e s s i v e s t r e n gt h，s pl i t t i n g t e ns i l e s t r e ng t h a n d e l a s t i c mod ul u s we r e m e a s u r e d The r e s u l t s s ho w t ha t t h e F RAC me e t s t h e r e q u i r e me n t o f wo r k a b i l i t y a n d o t h e r p r o p e r t i e s a r e s i mi l a r t o c o n t r o l n a t u r a l a g g r e g a t e c o n c r e t e ( NAC) ，b e t t e r t h a n t h e FRAC mi x e d wi t h c o n v e n t i o n a l a g g r e g a t e r e p l a c e me n t me t h o d Ke y wo r ds ：r e c yc l e d c o a r s e a gg r e g a t e c on c r e t e；h i gh f l o wi n g；m i x p r op o r t i o n；s t r e n gt h；e l a s t i c m o d ul us 再 生混 凝土 由废 混凝 土破碎 加工 成 的再 生 集 料 部分或全部代替天然集料配制 而成 ， 其应用有利于 减少资源消耗 ， 节省土地 占用 ， 实现可持续发展 通 常配制再生混凝土是将再生集料看成匀质材料 ， 按 照普 通 混凝 土配 制 方法 ， 将 再 生集 料 按 一 定 比例 等 体积或等质量替代天然集料 然而 ， 再生集料是由天 然集料及其表面 附着的砂浆构成 ， 简单替代天然集 料 将使再 生混 凝 土 中砂 浆 总 体 积 偏 大 ， 导致 弹性 模 收稿 日期 ： 2 0 1 4 一 I 卜2 8 ；修订 日期： 2 0 1 5 一 O l 一 1 4 基金项 目： “ 十二五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 2 B AJ 0 1 B 0 2 ) ； 内蒙古工业大学科学研究项 目( Z D2 0 1 4 0 8 ) 第一作者 ： 侯永利( 1 9 7 2 ) ， 男 ， 山西大同人 ， 内蒙古工业大学讲师 ， 天津大学博士生 E ma i l ： y l h o u 1 6 3 c o rn 通信作者 ： 郑刚( 1 9 6 7 一) ， 男 ， 贵州贵阳人 ， 天津大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E - ma i l ： z h e n g g a n g 1 9 6 7 1 6 3 c o rn 第 2 期 侯永利 ， 等 ： 大流动性再生粗 集料混凝土配合 比设计方法 量有所降低 ， 而且 ， 由于再生集料来源与加工方 法不 同， 其品质及表面砂浆含量存在差异 ， 从而使再 生混 凝 土强 度 的离 散性 偏 大 。 J 为了消除附着砂浆含量对再生混凝土性能的影 响 ， F a t h i f a z l 等 提出了用相 同砂浆体积 ( E MV) 方 法配 制再 生 混凝 土 研 究表 明 ， 应 用 E MV 方 法 配 制 再生混凝土 ， 其力学性能及变形性能均接近于对 比 天然 集料 混凝 土 ， 与常规 配 制方法 相 比， 可 减小 新 拌 砂浆用量 ， 节约水泥 然而， 由于新拌砂浆体积相对 减小 ， 导致再生混凝 土流动性 能变 差， 从 而限制 了 E MV 方 法 的推广 应用 本文 以 E MV方法为基础 ， 通过适当改进 ， 配制 出了满足 和 易性 要 求 ， 且 力 学 性 能及 变 形 性 能 均 接 近对 比天 然 集 料 混 凝 土 ( NAC ) 的大 流 动 性 再 生 粗 集料混凝土 ( F RA C) ， 以期为其在水下浇筑及泵送 等方面的应用提供技术参考 1 配合 比设计方法 1 1 E MV方 法简 述 E MV 方 法是将 再 生 粗 集料 中 的原 生 石 子 及其 表面上附着的砂浆看作不同的固相 ， 同时 ， 与对 比天 然集料混凝土具有相 同的砂浆总体积 ( 再生混凝土 中砂浆总体积为新拌砂浆体积与再生粗集料上附着 砂浆体积之和) 和天然粗集料总体积 ( 再生混凝土中 天然粗集料总体积为新掺入的天然粗集料体积与再 生粗集料中所含原生石子体积之和) 由于新拌砂浆 含量相对减小 ， 导致新拌再生混凝土工作性能变差 ， 因此 ， E MV方法仅适用 于再生集料附着砂浆量低 、 对新拌混凝土流动性能要求不高的再生混凝土 1 2 E MV方法 的 改进 现代混凝土 ( 如泵 送混凝土 、 水 下浇 筑混凝土 等) 对工作性能要求较高 ， 因此 ， 本 文以 E MV方法 为基础 ， 通过适 当改进来配制力学性能和流动性能 相对稳定、 工作性 能满足施 工要求 的 F R AC 改进 E MV方法的具体步骤如下 ： ( 1 ) 确定对 比 NAC 根据 目标坍落度与强度 的 大小 ， 按照 J G J 5 5 2 O l l 普通混凝土配合 比设计规 程 配制 NAC， 其 配 合 比 中， 水 、 水 泥 、 细集 料 、 粗 集 料 的质 量分 别记 为 m ， A c ， FN AA 。 和 mNN AA G ( 2 ) 初 步确定 F R AC中粗 集 料 用 量 根 据 E MV 方法 ， F RAC中再生粗 集料 ( RC A) 和天 然粗集 料 ( NA) 的体积分别按式( 1 ) 和式( 2 ) 确定 c A A C VNN AA 。 ( 1 ) v R A C V 一 盒 R ( 2 ) 式 中： ， V A c 分 别为单位 体积 F R AC中 R C A， NA所 占的体积； 为单位体积 NAC中 NA所 占 的体积 ； 为单位体积 F R AC中 R C A 上附着砂 浆所 占的体积 ； R为单位体积 F RAC及对 比 NAC 中 NA用 量 的 比值 根据 E MV 方法 ， R 由式 ( 3 ) 确定 R 一 1一 ( 1一 RM C) O R C A ( 3 ) p N A 式中： RMC为 R C A 中 附着 砂浆 所 占的质 量 比； ID c ， p N 分别为 R C A与 N A 的表观密度 ( 3 ) 确定 F RAC新拌砂浆 的用量 F RAC中新 拌砂浆体积按式( 4 ) 确定 R N A MC VN A 一 A C ( 4 ) 式 中： 为单位体 积 F R AC中新拌砂 浆的体积； N A 为单位体积对 比 NA C的砂浆总体积 ， 其值等 于拌和物体 积减去粗集料与拌和物 中所含气 体的 体积 式 ( 4 ) 又可写 为 ： V RN aM c一1一 V N, 一 0 0 1 a ( 5 ) 式中 ： a为混凝土的含气量 ( 体积分数) ， 在不使用引 气 型外 加剂 时 ， 取为 1 ( 4 ) 确定 F R AC中其他材料的用量 即： m cm NA CI z RAC ( 6 ) g c一 N A C r R A C ( 7 ) m R Ac一 NA Cv r RAC ( 8 ) 式 中： ， 詈 A c ， F AR A 分别 为单位体 积 F RAC中 水、 水泥 、 砂的质量 ； m 。 ， m A c ， 卿N A 分别为单位体 积对 比 NAC中水 、 水泥 、 砂 的质量 ( 5 ) 配合 比的调整 与对比 NAC相 比， 用 E MV 方法配制 F R AC的新拌砂浆用量减小 ， 导致拌和物 工作性能变差 ， 因此 ， 需要对其配合 比进行调整 方 法为 ： 1 ) 逐渐增大 R值( 以 5 1 0 递增) 以减小 R C A的用量 ， 从 而增加新拌砂浆体积， 改善拌和物 和易性 ； 2 ) 通过掺入高性 能减水剂及 以外掺形式掺 人矿物掺合料来改善拌 和物 的和 易性 ， 并 以 R值、 矿物掺合料及高性能减水剂掺量为影响因素采用正 交试 验进行 配制 I g F R AC配合 比设计流程见图 1 2 试验验证 2 1 原材 料 水泥采用冀东 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥； 粉 煤灰为 级粉煤灰 ； 减水剂采用 聚羧酸系高性能减 第 2 期 侯永利 ， 等 ： 大 流动性再 生粗 集料混凝土配合 比设计 方法 劈裂抗拉强度 厂 t ， 轴心抗压强度 ， c ， 弹性模量 E 试 验结 果见 表 2及 图 2 5 4 - 拿 蚕 名 营 蓉 图 2 表观密度试验结果 Fi g 2 Tes t r e s ul t s of a pp a r e n t d e ns i t y 图 3 抗压强度试验结果 Fi g 3 Te s t r e s u l t s o f c o mpr e s s i ve s t r e ng t h 图 4 劈裂抗 拉强 度试 验结果 Fi g 4 Te s t r e s u l t s o f s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h 0 图 5 弹性模量试验结果 F i g 5 Te s t r e s u l t s o f e l a s t i c mo d u l u s 试验表明， 各组新拌混凝土坍落度均1 8 0 mm ( 见表 2 ) ， 且 无离 析、 泌水 现象产生 F C T与 F C W 尽管全部使用再生粗集料 ， 但由于拌制前再生粗集 料已浸泡润湿 ， 因此， 坍落度未因再生粗集料吸水率 大而减小 F E T与 F E W 虽然粗集料的总体积较大， 导致砂率降低 ， 但 由于掺人适量粉煤灰与高性能减 水剂 ， 其和易性亦可满足规范要求 由图 2可见 ， 与对 比 NAC相 比， 用传统方法配 制的 F RAC干 、 湿表观密度均较小 ， 这主要是 由于 该方法配制的 F R AC中砂浆总体积较大所致 而用 改进 E MV 方法 配制 的 2组 F R AC与对 比 NAC具 有相同体积的天然粗集料 ， 因此， 这 2组 F R AC干 、 湿表观密度均高于用传统方法配制的 F RAC 另外 ， 由于再生粗集料的附着砂浆表观密度较小 ， 用改进 E MV方法 配 制 的 F RA C 湿 表 观 密 度 略低 于对 比 NAC 由 图 3 ， 4可 以看 出 ， 无 论采 用哪种 配制 方法 ， 除 F E W 立方体抗压强度略高于对 比 NAC外 ， 其他力 学性能均有不同程度 的降低 这说 明影响 F RAC强 度的因素除了水泥强度 、 水胶 比、 粗集料强度之外 ， 还与这种混凝土内部界面过渡区有关 1 F R AC中 存在新 旧砂浆、 旧砂浆与原生石子、 新砂浆与原生石 子等多重界面 ， 增大了受力后沿界面破坏的概率 与 F C T和 F E T 力 学 性 能 的 差 值 相 比 ， F C W 和 F E W 力学性能的差值较大 ， 这也与再生粗集料浸水后饱 和面干 燥状 态 的控制有 关 由图 5可见 ， F C T与 F C W 的弹性模量分别较 对 比 NAC的弹性模量降低 2 0 3 ， 2 2 3 ， 这是 由 于用传统方法配制的 F RA C中原生石子用量较低 而用 改进 E MV方法配制的 F E T与 F E W ， 因与对 比 NAC具有相同的原 生石子体积 ， 所 以弹性模量 降幅相对较小 ， 只分别降低 1 5 0 和 8 3 这也说 明， F RAC的弹性模量不仅与其材料组成有关 ， 还与 粗集料和砂浆 的弹性模量有关 ， 而且 ， F R AC中过多 的界面 过渡 区也 会造成 弹性 模量 降低 4 结论 ( 1 ) 用 改 进 E MV 方 法配 制 的 F R AC可节 省 水 泥及 细集 料 的用量 ( 2 ) 通过控制新拌砂浆体积、 外掺粉煤灰掺量， 以及掺人适量的高性能减水剂 ， 可配制 出满足和易 性要求的 F R AC ( 3 ) 用改进 E MV方法配制的 F RAC， 其强度与 弹性 模量 均接 近对 比 NAC ( 4 ) 用改 进 的 E MV 方法 可 配 制 出满 足 和 易性 目 毫 3 6 8 建筑材料学报 第 1 9卷 要求的 F RAC， 这为其推广应用提供了技术支撑 参考 文献 ： 1 2 3 4 5 6 胡 敏萍 不 同取代率再生 粗骨料混凝 土 的力 学性能 J 混 凝 土 ， 2 0 0 7( 2) ： 5 2 - 5 4 HU M i n p i n g M e c h a n i c a l pr op e r t i e s o f c o n c r e t e p r e p a r e d wi t h d i f f e r e n t r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s r e p l a c e me n t r a t e J C o n c r e t e ， 2 0 0 7( 2 )： 5 2 - 5 4 ( i n Chine s e ) 骆行文 循环荷载作用下 再生混凝土力学特 性试验研究 D 武汉 ： 武汉理工大学 。 2 0 1 1 LUO Xi ng we n Te s t r e s e a r c h o f t he m e c ha n i c s c ha r a c t e r i s t i c o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e u n d e r r e c u r r e n t l o a d D Wu ha n： W u h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， 2 0 1 1 ( i n Ch i n e s e ) C0RI NA LDES I VM e c h a n i c a l a n d e l a s t i c b e h a v i o r o f c o n e r e t e s ma d e o f r e c y c l e d c o n c r e t e c o a r s e a g g r e g a t e s E J C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 01 0， 2 4( 9 )： 1 6 1 6 1 6 2 0 KOU S C。 P00N C S， ETXEBERRI A M I n f l u e nc e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s o n l o n g t e r m me c h a n i c a l pr o pe r t i e s a n d p o r e s i z e d i s t r ib u t i o n o f c o n c r e t e J C e me n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s， 2 01 1 ， 3 3( 2 )： 2 8 6 2 9 1 寇世聪 ， 潘智生 不 同强度混凝土制造的再生骨料对 高性 能混 凝土力学性 能的影 响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 1 ) ： 7 一 l 1 KOU Sh i c o n g， POON Ch i s u n Ef f e c t o f q u a l i t y o f p a r e n t c o n c r e t e o n t he me c ha n i c a l p r o p e r t i e s o f high p e r f o r ma n c e r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y， 2 0 1 2， 4 0 ( 1 )： 7 1 1 ( i n Ch i n e s e ) 肖建庄 ， 雷斌 ， 袁飚 不同来源再 生混凝土 抗压强度 分布特征 研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 5 ) ： 9 4 1 0 0 XI AO J i a nz h u a n g， LEI Bi n，YUAN B i a o Co mp r e s s i v e s t r e - n g t h d i s t r i b u t i o n o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e de r i v e d f r o m 7 8 9 1 o 1 1 1 2 d i f f e r e n t o r i g i n s J J o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 5 )： 9 4 1 0 O ( i n Ch i n e s e ) PADM I N1 A K ， RAM AM URTH Y K ， M ATH E W S M S I n f l ue n c e o f p a r e n t c o nc r e t e o n t h e p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3( 2 )： 8 2 9 - 8 3 6 FATHI FAZL G， AB BAS A， RAZ AQPUR A G，e t a 1 Ne w mi x t u r e p r o p o r t i o n i n g me t ho d f o r c o nc r e t e ma d e wi t h c o a r s e r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l En g i n e e r i n g， 2 0 0 9， 2 1 ( 1 0 )： 6 0 1 61 1 侯 永利 ， 郑 刚 大 流动性再 生混凝 土和易 性的正 交试验 研究 J 内 蒙 古 工 业 大 学 学 报 (自然 科 学 版) ， 2 0 1 3 ， 3 2( 4 ) ： 2 8 5 2 8 9 H OU Yo n g l i ，ZHENG Ga n g Or t h o g o n a l e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n wo r k a b i l i t y o f h i g h f l u i d i t y r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J J o u r n a l o f I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ( Na t ur a l S c i e n c e )， 2 0 1 3， 3 2 ( 4 )： 2 85 2 8 9 ( i n Ch i n e s e ) ABBAS A ，F ATH I F AZL G，I S G0R O B，e t a 1 Pr o p o s e d m e t h o d f o r d e t e r mi n i n g t h e r e s i d u a l mo r t a r c o nt e n t o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s J J o u r n a l o f AS TM I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 8， 5( 1 )： 1 - 1 2 D G T J O 8 2 O 1 8 2 0 O 7 再生混凝土应用技术规程f s D G T J 0 8 2 O 1 8 2 0 0 7 Te c h n i c a l c o d e o n t h e a p p l i c a t i o n o f r e c y c l e d c o n c r e t e S ( i n Ch i n e s e ) 杜婷 高性 能再 生混凝 土微 观结构 及性 能试验 研究 D 武 汉 ： 华中科技大学 ， 2 0 0 6 DU Ti n g Ex p e r i me nt a l s t u d y o n t h e mi c r o s t r uc t u r e a n d b a s i c b e h a v i o r s o f r e c y c l e d h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e D Wu h a n ： H u a z h o n g Un i v e r s i t y o f Sc i e nc e a n d Te c h n o l o g y， 2 0 0 6 ( i n Ch i n e s e )